VÝROBA PIVA TEXT PRO UČITELE
Mgr. Jana Prášilová prof. RNDr. Jiří Kameníček, CSc.
Olomouc, 2013
Výroba piva
Obsah 1. Téma v učebnicích používaných na gymnáziích 2. Teoretické poznatky k problematice 2.1. Základní suroviny pro výrobu piva 2.2. Etapy výroby piva 2.3. Průběh jednotlivých fází výroby 2.4. Druhy piva 3. Metodika pro hodinu základního typu 4. Použitá literatura a elektronické zdroje
2
Výroba piva
1. Téma v učebnicích používaných na gymnáziích O výrobě piva pojednávají tři učebnice [1-3]. Popis jednotlivých fází výroby a přehledné schéma průběžných operací je uvedeno v učebnici [1]. Krátké popisy výroby obsahují další dvě uvedené učebnice.
2. Teoretické poznatky k problematice V České republice se nachází celkem 213 pivovarů, z toho 44 průmyslových a 169 minipivovarů [4]. Výroba piva má na území České republiky dlouholetou tradici a české pivo je celosvětově uznávané pro svou kvalitu a specifické vlastnosti. V roce 2008 udělila Evropská unie vybraným českým výrobkům celoevropsky chráněné zeměpisné označení „České pivo“. Text se dále zaměří na následující otázky: 1) Jaké základní suroviny se používají pro výrobu piva? 2) Na jaké etapy se výroba piva dělí? 3) Co se děje v jednotlivých fázích výroby? 4) Jaké jsou druhy piva?
2.1. Základní suroviny pro výrobu piva Již po dlouhá staletí se pivo vyrábí z obilných sladů, chmele, vody. Celému procesu napomáhají mikroorganismy – pivovarské kvasinky a v současné době se přidávají i pomocné suroviny. a) Slad Pojmem slad označujeme naklíčené a usušené obilné zrno ječmene. Při výrobě sladu (tzv. sladování) dochází při klíčení k štěpení polysacharidů, obsažených v obilovinách, pomocí enzymů na jednodušší sacharidy vhodné ke kvašení (např. maltózu). Z polysacharidů obsahují obilky především škrob uložený ve škrobových zrnech, přibližně 10 % pak tvoří neškrobové polysacharidy – celulóza, hemicelulózy, lignin aj.
3
Výroba piva
Obrázek 1: Slad (převzato z [5])
b) Chmel Chmel je vytrvalá rostlina (Obrázek 2). Po chemické stránce obsahuje následující složky: voda, pryskyřice, chmelové silice, lipidy a vosky, proteiny, aminokyseliny, polyfenoly, celulózu, cukry, pektiny a minerální látky. Pro kvalitu piva a výrobní proces mají největší význam polyfenoly (extrahují se horkou vodou), silice (extrahují se vodní párou) a chmelové pryskyřice. Průměrný obsah složek se liší podle odrůd chmele, půdního složení pěstitelské oblasti i stáří. Pro výrobu piva se chmel v České republice pěstuje ve třech oblastech: Žatecko, Ústecko (v Čechách) a Tršicko (na Moravě). Každý pěstitel musí sklizený chmel odeslat na státní zkušebnu do Žatce, kde probíhá kontrola jeho kvality, a zde dochází i k jeho rozemletí, slisování do granulí, které se v praxi při výrobě užívají (Obrázek 3)
Obrázek 2: Chmelové šištice (převzato z [6])
Obrázek 3: Granule chmele (převzato z [7])
c) Voda Pivo obsahuje, dle druhu výrobku, až 80 % vody. Vlastnosti vody ovlivňují základní kvalitu a specifické vlastnosti piva. Pro výrobu se používají jak spodní vody (obsahují méně organických látek, mikroorganismů), tak vody povrchové (nutná úprava vody). Liší se obsahem rozpuštěných plynů i iontů. 4
Výroba piva
2.2. Etapy výroby piva Hlavní výrobní operace lze rozdělit do tří etap (viz Tabulka 1): Tabulka 1: Hlavní etapy výroby piva Etapy Vaření (příprava mladiny) Kvašení (hlavní kvašení) Dokvašování (ležení)
Přibližná doba trvání až 10 hodin 7 - 12 dnů 20 dnů (ležáky až 60)
Teplota 35 – 70 °C 8 – 11 °C 2 °C
Obrázek 4: Zjednodušený proces výroby piva (převzato z [8])
2.3. Průběh jednotlivých fází výroby a) Příprava mladiny Proces přípravy mladiny sestává z několika kroků, během nichž se několikrát mění teplota varu meziproduktu (viz Tabulka 2). 5
Výroba piva Tabulka 2: Fáze výroby pro přípravu mladiny Fáze
Cíl
Operace
šrotování
rozrušit obilky sladu
mechanické mletí
vystírání
luhování
rmutování
převedení látek rozpustných ve vodě do roztoku enzymatické štěpení sacharidů na zkvasitelné cukry enzymatický rozklad jiných látek
scezování
samofiltrací oddělit pluchy od sladiny
*
zvyšování a snižování teploty směsi míchání roztoků o různé teplotě filtrace
odpařit přebytečnou vodu a těkavé látky fyzikální, chemické a inaktivovat enzymy biochemické reakce sterilizování mladiny získat potřebné látky z chmele zvýšit aciditu chlazení ochlazení mladiny na zákvasnou teplotu chlazení mladiny vyloučení kalů * pluchy = přeměněné listy tvořící obal u klásků trav (rostlin čeledi lipnicovité) chmelovar
Výstup
sladina
sladina, mláto mladina
mladina
Slad se namele na sladový šrot, který se míchá s vodou. Procesu míchání se říká „vystírání“ a provádí se ve vystírací kádi. Cílem je převést do roztoku ve vodě rozpustné látky. Fáze „rmutování“ je typická pro výrobu českého piva. Zařazuje se do procesu za účelem uvolnění co nejvíce extrahovatelných látek do roztoku. Během rmutování postupně stoupá teplota s cílem zajistit optimální podmínky pro působení jednotlivých skupin enzymů a tím zajistit optimální poměr zkvasitelných a nezkvasitelných sacharidů (vliv na chuť produktu). Přibližně 1/3 směsi vody a šrotu o teplotě 40 °C, se ve rmutovací pánvi zahřeje na teplotu 50 °C, pak na cca 70 °C. Rmut se potom přečerpá do vystírací kádě. Roztok má světložlutou zakalenou barvu (viz Obrázek 5). Rmutování se realizuje ve rmutovací pánvi a opakuje se dvakrát až třikrát (viz Obrázek 4).
Obrázek 5: Koloidní roztok extraktilních látek (Pivovar Moritz)
6
Výroba piva
Scezování sladiny se děje v scezovací kádi. Cílem scezování je oddělit sladinu od zbytků sladového šrotu (pluch a nevyextrahovaných látek) a získat tak čirý roztok sladiny bohatý na využitelné látky. Scezování probíhá tzv. samofiltrací, kdy pluchy vytvoří v roztoku filtrační vrstvu. Chmelovar
(vaření
sladiny
s chmelem)
probíhá
v mladinové
pánvi.
Technologický postup a přidávání dalších surovin je typické pro určitou značku piva. Během chmelovaru by se mělo odpařit 8 – 10 % vody z roztoku, inaktivují se enzymy (zabrání se rozkladu dalších sacharidů), vařením se mladina sterilizuje. Dochází k izomeraci chmelových pryskyřičných kyselin, které dodají pivu hořkou chuť. Během chlazení dochází k poklesu teploty ze 70 °C na 8 až 9 °C. Bílkoviny, které se enzymaticky nerozložily, koagulují během chlazení s látkami obsaženými v chmelu a vypadávají z roztoku v podobě tzv. chmelových kalů (samočištění piva). b) Kvašení Kvašení mladiny probíhá na tzv. spilkách s otevřenými vanami (Obrázek 6) nebo v uzavřených cylindrokonických tancích (tzv. CKT tanky).
Obrázek 6: Spilka
Obrázek 7: Saccharomyces cerevisiae (převzato z [9])
(Pivovar Moritz)
Mladina se provzdušní a přidají se k ní kvasinky Saccharomyces cerevisiae (Obrázek 7). Tento kmen byl po staletí speciálně vyšlechtěn pro odolnost vůči chladu. Rozlišujeme dva druhy pivovarských kvasinek:
spodní pivovarské kvasinky – pracují v teplotním rozmezí 7 až 15 °C, používají se při výrobě tzv. ležáků, sedimentují na spodu spilky (tanku)
svrchní pivovarské kvasinky – pracují v teplotním rozmezí 18 až 22 °C, kvasnice jsou vynášeny na povrch (tvoří tzv. kvasnou deku)
7
Výroba piva
Pivovarské kvasinky obsahují enzym maltázu, který štěpí maltózu (Obrázek 8) na dvě molekuly glukózy. Během fermentace mladiny převážná část cukerných látek zkvasí na ethanol, oxid uhličitý a vedlejší produkty, které mají význam pro buket piva (charakteristické aroma). Během procesu dochází k pomnožení pivovarských kvasinek. Jako první je rozkládána glukóza a sacharóza, po poklesu hladiny glukózy (cca o 60 %) je rozkládána maltóza. Fruktóza je zkvašována pomalu. Prostory spilek musí být dobře odvětrávané, protože vznikající oxid uhličitý se drží při podlaze. Kvasinky kleslé ke dnu se odčerpávají a po regeneraci se znova používají.
Obrázek 8: Vzorec maltózy (tzv. sladový cukr)
c) Dokvašování (ležení) Při nízkých teplotách pomalu dokvašuje zbylý extrakt kvasnicemi, pivo se čiří, sytí vznikajícím oxidem uhličitým a dozrává. Mladé pivo je uloženo v tancích v ležáckých sklepech. Filtrací se z piva odstraňují kalicí látky, zvýší se čirost piva. Jako filtrační materiál se používají syntetické tkaniny, křemelina, perlity, membrány z plastu, kovu a keramiky.
2.4. Druhy piva Základním druhem piva vyráběným v České republice je světlý ležák. Dle [10] rozlišujeme několik druhů piva. Dle barvy:
světlé pivo – vyrobené převážně ze světlých sladů
tmavé a polotmavé pivo – vyrobené z tmavých, karamelových či barvených sladů, popř. s příměsí světlých sladů
řezané pivo – připravené při stáčení mícháním světlých a tmavých piv
Podle obsahu původního extraktu mladiny (EPM) dělíme česká piva na:
stolní piva (do 6 %) 8
Výroba piva
výčepní piva (7 až 10 %)
ležáky (11 až 12 %)
speciály (13 % a více)
portery (tmavé pivo s 18 % a více)
Podle obsahu alkoholu:
piva se sníženým obsahem alkoholu (max. 1,2 % obj. ethanolu, 1 % hmot.)
nealkoholická piva (max. 0,5 % obj., 0,4 % hmot.)
alkoholická piva (nad 1,2 % obj. etanolu, více jak 1 % hmot.)
Podle speciální úpravy:
piva se sníženým obsahem cukru (max. 7,5 g dm-3)
pšeničná piva
kvasnicová piva
ochucená piva
Stupňovitost piva Mnozí konzumenti se mylně domnívají, že stupňovitost piva je rovna obsahu alkoholu v nápoji v %, ale 10° pivo neobsahuje 10 % alkoholu. Jedná se o omyl. Legislativně dokonce již nesprávné označení. Podle vyhlášky ministerstva zemědělství [10] je nařízeno označovat: „obsah alkoholu v procentech objemových vyjádřený číslem s nejvýše jedním desetinným místem; dále následuje symbol "%" doplněný slovem "objemových" nebo zkratkou "obj." nebo "vol."; před číselným údajem může být uvedeno "alkohol" nebo "alk." nebo "alc." Povoleno je používat příslušné slovní označení (viz výše). Zkratka EPM označuje „extrakt původní mladiny“ = obsah všech extraktivních látek v mladině před kvašením (především zkvasitelných cukrů, ale i dalších látek). 12° pivo má tedy 12 % těchto látek a obsah alkoholu je v rozmezí 4 – 5 obj. %. S rostoucí stupňovitostí logicky roste i hustota piva (označení hustotou se pro uvedení stupňovitosti používá v anglosaských zemích). Nealkoholická piva a nízkoalkoholická piva V Evropské unii smí být označen výrobek jako nealkoholický, jestliže obsahuje do 0,5 % obj. alkoholu. Jako nízkoalkoholická označujeme v Evropské unii piva s obsahem 0,6 až 1,2 % obj. alkoholu. Tento druh piva se dá připravit několika způsoby:
9
Výroba piva
úprava technologického postupu tak, aby byla omezena tvorba alkoholu během výroby (využití speciálních sladů, teplotní ovlivnění)
použití speciálních druhů kvasinek (imobilizované popř. geneticky upravené kvasinky)
odstraňování alkoholu z piva (odpařováním, vakuovou destilací, nanofiltrací [11])
10
Výroba piva
3. Metodika pro hodinu základního typu Zařazení tématu do výuky: A. Biochemie biochemické reakce etanolové kvašení výroba piva B. Obecná chemie (laboratorní cvičení) základní metody oddělování složek směsí Na téma lze pohlížet z dvojího pohledu. Buď se předpokládá, že žák má přehled o základních fyzikálně-chemických pochodech a jejich principech nebo lze téma využít právě k vysvětlení jednotlivých základních metod v jejich praktické aplikaci. Ročník
Téma I
3. - 4. ročník
Výroba piva Vstupní předpoklady Žák by se měl orientovat v následující problematice: Přírodní látky (cukry, tuky, bílkoviny, vitaminy, enzymy). Základní laboratorní metody (oddělování složek směsí) Biologie - kvasinky Předpokládané výsledky výuky Žák: vyjmenuje základní suroviny pro výrobu piva
zdůrazní, které přírodní látky jsou pro výrobu piva důležité
rozdělí výrobu piva do tří hlavních etap a určí jejich přibližnou dobu trvání
popíše fyzikální a chemické pochody probíhající při přípravě mladiny
uvede rozdíly mezi kvašením a dokvašováním
vysvětlí, jak se legislativně správně označují jednotlivé druhy piva Učební pomůcky
Metody výuky
prezentace k tématu v MS PowerPoint
pracovní list pro žáka
problémový výklad
učební text
práce ve skupině (třídě)
ukázky surovin pro výrobu piva
poster s výrobními fázemi piva
etikety z obalů piva
11
Výroba piva
Pomocí problémového výkladu nalezneme odpovědi na předložené otázky – suroviny potřebné na výrobu piva, příprava mladiny, kvašení atd. Využijeme poster a kartičky na přiřazování. Pomocí kartiček a dokreslení šipek na tabuli sestavíme výrobní proces.
12
Výroba piva
4. Použitá literatura a elektronické zdroje 1. KOPŘIVA, J.: Chemie pro III. ročník gymnázií, 1.díl. Praha: SPN, 1979. 2. KOVÁČ, Š. a kol.: Chemická výroba pro IV. ročník gymnázia (experimentální učební text). Praha: SNTL, 1982. 3. KOLÁŘ, K. a kol.: Chemie pro gymnázia II (organická a biochemie). Praha: SPN,
1997. 4. http://www.pividky.cz/mapa.php [cit. 2013-11-16] 5. http://www.brelex.cz/faq.php [cit. 2013-11-16] 6. http://www.gastrotrend.cz/7-clanky-rubriky/9-hotel-wellness-spa/891-pivo--zlatavy-moknejen-do-pullitru-ale-i-do-vany.html [cit. 2013-11-16] 7. http://vyrobtesipivo.cz/chmel-premiant-100g-p9 [cit. 2013-11-16] 8. http://www.budejovickybudvar.cz/o-spolecnosti/produkty/jak-se-varibudvar.html#restrictedContent [cit. 2013-11-16] 9. http://eu.art.com/products/p14438842085-sa-i6698794/posters.htm [cit. 2013-11-16] 10. Vyhláška ministerstva zemědělství č. 335/1997 Sb. o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, pro nealkoholické nápoje a koncentráty k přípravě nealkoholických nápojů, ovocná vína, ostatní vína a medovinu, pivo, konzumní líh, lihoviny a ostatní alkoholické nápoje, kvasný ocet a droždí. 11. BASAŘOVÁ, G. et al. Pivovarství: teorie a praxe výroby piva. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2010. 12. http://pivnirecenze.cz/328-stupnovitost-piva [cit. 2013-11-16]
13
